Камера, позволяющая видеть сквозь объекты
Ученые Северо-Западного университета в США разрабатывают камеру высокого разрешения, которая может «видеть сквозь предметы», а в перспективе даже сквозь человеческое тело.
В исследовании, опубликованном 17 ноября, описывается так называемая «голографическая» камера. Он интерпретирует преломление света, чтобы восстановить точный вид того, что скрыто за любым препятствием. В настоящее время созданный прототип может выполнить эту реконструкцию за 46 миллисекунд. «Эта техника превращает стены в зеркала. Преимуществом является то, что она может работать ночью и в тумане«, — объясняет Флориан Вилломитцер, ведущий автор исследования.
Эта специфическая область исследований называется «не прямой видимостью» или NLoS. Это не первая попытка научного сообщества, и не первая успешная. Однако до сих пор эти системы визуализации имели множество ограничений, которые резко сужают возможные области применения. Будь то качество изображения, скорость или размер поля зрения, ученые, стоящие за этим новым проектом, утверждают, что все препятствия теперь устранены.
Голографическая камера с множеством применений
Благодаря субмиллиметровой точности и скорости передачи изображения, ученые уже планируют возможное применение во многих областях. Например, ее можно использовать в области безопасности дорожного движения, чтобы предсказать появление автомобиля на углу улицы или животного, выбежавшего на дорогу через лес. В медицинской сфере эта камера может дополнить традиционные методы визуализации, сделав их менее инвазивными для организма. В промышленности диагностика неисправностей может быть облегчена, поскольку вполне возможно использовать инструмент во время работы станка…
Эта схема показывает технологическую конфигурацию, которая позволяет нам видеть вокруг стены и сквозь объект одновременно.
Для того чтобы наши человеческие глаза могли видеть сквозь препятствия таким образом, в изобретении команды используется «синтетическая голография длин волн». Для получения таких изображений объектов, к которым нет прямого доступа, исследователи используют светорассеивающую систему. Луч света посылается из лазера, «отскакивает» от рассматриваемого объекта и возвращается в камеру. Там алгоритм восстанавливает изображение объекта из данных, переданных на участке рассеянного света.
Но какие именно данные? Информация, которая интересует устройство, — это в основном «время прохождения» света до объекта. Точно рассчитав, сколько времени потребовалось лучу, чтобы достичь поверхности, можно точно «проследить» ее контуры и объемы. Суть операции заключается в перехвате рассеянного света и анализе информации о времени для выявления скрытого объекта.
Однако остается проблема, когда речь идет о свете и скорости… Известно, что свет движется очень быстро. Риск заключался в том, что для камеры потребуются очень быстрые и, следовательно, очень дорогие детекторы. Чтобы устранить необходимость в быстрых детекторах, Уилломитцер и его коллеги объединили световые волны двух лазеров для создания синтетической, а не естественной световой волны, которая может быть специально адаптирована для голографической визуализации в различных сценариях рассеяния. Короче говоря, можно сказать, что они создали «индивидуальную» световую волну для нужд своего устройства.
Если смотреть на стену и смотреть сквозь кожу, это немного разные вещи, правда? В обоих случаях свет находится перед посредником, который его рассеивает и не позволяет увидеть прямое изображение целевого объекта. Флориан Уилломитцер приводит пример, который каждый, вероятно, когда-либо испытывал. Когда мы помещаем свет на другую сторону руки, мы видим пятно света, которое показывает, что свет «проходит», но мы все еще не видим тени от наших костей.
Это происходит потому, что свет рассеивается препятствиями нашей кожи, мышц и т.д., так же как и стенами. Однако, как показывает приведенная выше диаграмма, все же можно уловить возвращение лучей света, прошедших через этот «рассеиватель», и заставить их говорить. И это не только видимый свет. Исследователи уже представляют, что могут сделать другие, используя тот же метод для других длин волн: «Наши текущие прототипы датчиков используют видимый или инфракрасный свет, но принцип универсален и может быть распространен на другие длины волн. Например, этот же метод может быть применен к радиоволнам для исследования космоса или подводной акустической визуализации. Его можно применять во многих областях, и мы только начали…